Compréhension des régulations transcriptionnelles et épigénétiques de l’HEMOglobine pour le développement de nouvelles options CURativEs pour le traitement des hémoglobinopathies bêta – HEMOCURE

Epigenetic analyses

Design of epigenome editors

testing by electroporation in cells lines and primary patient's cells

Targeted removal of DNA methylation by dCas9-Tet1 (alone or together with the deposition of histone acetylation by CBP-dCas9) at the fetal promoters led to efficient and durable γ-globin reactivation, demonstrating that DNA methylation is a driver for HbF repression. This strategy, characterized by high specificity and a good safety profile, led to a substantial correction of the pathological phenotype in erythroid cells from patients with sickle cell disease. 

See also:

Dissecting the epigenetic regulation of the fetal hemoglobin genes to unravel a novel therapeutic approach for β-hemoglobinopathies.

Amistadi S, Fontana L, Magnoni C, Felix T, Charvin MK, Martinucci P, Gautier C, Greau L, Bessières B, Antoniou P, Romano O, Allemand E, Mussolino C, Miccio A.

Nucleic Acids Res. 2025 Jul 8;53(13):gkaf637. doi: 10.1093/nar/gkaf637.

PMID: 40637230

Evolution of epigenome editors to achieve persistent fetal hemoglobin reactivation

Les hémoglobinopathies bêta sont causées par des mutations affectant la production de la chaîne bêta de l'hémoglobine. L'expression persistante des chaînes gamma fœtales à l'âge adulte améliore sensiblement le phénotype des patients souffrant de ces maladies.

Aujourd'hui, la transplantation de cellules souches hématopoïétiques (CSH) est la seule cure définitive pour les patients atteints des formes les plus sévères de ces maladies. La transplantation autologue de CSH génétiquement modifiées représente une option thérapeutique pour les patients ne disposant pas de donneur compatible. Les stratégies thérapeutiques en cours d'étude clinique incluent la transplantation de CSH transduites par un vecteur lentiviral intégratif exprimant un gène fonctionnel de la globine béta. Les approches par édition du génome basées sur l'utilisation de nucléases spécifiques ont été explorées par de nombreux groupes, y compris le nôtre. Des essais cliniques ont été récemment initiés pour exploiter cette technologie afin d'inhiber l'expression de BCL11A, un répresseur majeur de l'hémoglobine fœtale, via l'inactivation spécifique de son amplificateur érythroïde. Cependant, la génotoxicité associée à ces approches basée sur une altération locale de la molécule d'ADN soulève de nombreuses inquiétudes quant à leur application clinique.

Notre projet se base sur l'utilisation de techniques d'édition épigénomique de pointe afin de disséquer les mécanismes moléculaires impliqués dans la régulation génique des chaînes gamma et béta. Il vise également à développer de nouvelles thérapies pour le traitement des hémoglobinopathies béta.
Nous allons identifier les régions régulatrices qui contrôlent le basculement de l'expression des chaînes gamma vers les chaînes béta au cours du développement fœtal. Parmi ces régions clés se trouvent l'amplificateur érythroïde de BCL11A et les promoteurs des gènes de la globine gamma. Nous identifierons les marques épigénétiques modifiées dans ces régions sur des modèles cellulaires fœtaux et adultes, responsables de la répression de la globine gamma et l'activation de la globine béta.

Nous utiliserons ensuite des modificateurs/designers épigénomiques (MDE), une technologie préalablement établie au sein du laboratoire, afin de développer de nouveaux systèmes effecteurs capables d'altérer les marques épigénétiques de ces régions clés afin de restaurer l'expression de la globine gamma dans un modèle cellulaire érythroïde adulte. Ces MDE seront utilisés pour effacer les marques épigénétiques activatrices au niveau de l'amplificateur érythroïde de BCL11A et simultanément y déposer des marques répressives. Une approche similaire consistera à générer au niveau des promoteurs des gènes gamma des marques épigénétiques activatrices.
Ces deux approches permettront une augmentation de l'expression des globines gamma par l'activation de leurs promoteurs et par l'inhibition de l'action du répresseur BCL11A. Les meilleurs outils sélectionnés sur ces modèles cellulaires immortalisés seront ensuite testés sur des CSH de donneur sain afin de valider leur efficacité sur un modèle cliniquement pertinent. L'étape ultime consistera à tester ces outils moléculaires innovants sur des CSH de patients afin de mesurer la réversion du phénotype pathologique et d'évaluer la sûreté de cette nouvelle approche thérapeutique pour sa translation en protocole clinique.

Les connaissances acquises au cours de ce projet seront primordiales pour le développement de nouvelles approches thérapeutiques visant à restaurer l'expression de la globine gamma chez les patients atteints d'hémoglobinopathies béta.